光学薄膜基础知识(I)

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1、第1章薄膜光学基础知识什么是光学薄膜？光学薄膜的主要应用光学的本性及其描述光的偏振及其表征（S光和P光）光的干涉原理光学薄膜的基本原理1光学薄膜器件21、光学薄膜的发展历史人类最早发现的五光十色的肥皂泡；水面上彩色斑烂的油膜；两玻璃片间的空气层中常呈现出色彩鲜艳的光环；所有这些现象早在十七世纪就引起了许多自然科学家的注意，他们各自部提出了一些初步解释，但均不令人满意；1801年托马斯．杨干涉实验结果以及菲涅耳对此进一步发扬光大以后，上述现象才彻底为人们弄清，物理光学的基础才从此建立起来．今天我们可以说，整部薄膜光学的物理依据就是光的干涉

2、。3夫琅和费早在1827年制成了可以说是第一批减反射膜，他将经过精细地抛光的平面玻璃一半放在浓硫酸或浓硝酸中腐蚀。将玻璃上的酸液清洗干净之后发现，经酸腐蚀的表面所反射的光强远低于另一半表面的反射光强，即酸经过的那部分玻璃表面失掉了某种成分，形成薄薄一层折射率比玻璃基底折射率低的失泽层，不过玻璃还未遭刻蚀；“因为其适时光仍和另一半表面一样(实际上更高)，以致在透射光中仔细检查也不能找出它们的分界线来，”经过硫酸或硝酸的这种处理之后，有些牌号的玻璃表面呈现美丽鲜艳的色彩；使光沿各种不同的角度入射，则色彩婉如肥皂泡一样变幻无穷。41886年瑞

3、利在英国皇家协会报告说：“失泽”的冕玻璃平板，其反射比刚抛光更低原因是玻璃形成了薄薄的一层膜。1891年丹尼斯.泰勒（DennisTaylor）在它的文章中写到，在使用几年后的普通物镜的火石玻璃透镜上“失泽”现象是十分明显的。我们很高兴的是，能够使这种火石玻璃的拥有者放心，通常用怀疑眼光看待的这层使玻璃“失泽”的薄膜，却正是观测者的“挚友”，因为它增加了物镜的透射率。5事实上，泰勒发展了一种用化学侵蚀产生“失泽”而制作化学减反膜的方法。目前制备光学应用的薄膜的主要方法是真空蒸发法和溅射法，后者在十九世纪中叶就发现了，而前者可追朔到二十世

4、纪初。但在1930年以前，它们不能作为实用的镀膜方法，因为没有获得高真空的真正适用的抽气机，直到1930年出现了油扩散泵—机械泵抽气系统以后，制造实用的真空镀膜机才成为可能。6三十年代中期德国的鲍尔和美国的斯特朗先后用真空蒸发方法制备了单层减反射膜，这种简单的减反射膜至今在一般的光学装置上还被大量地应用。折射率为1.52的玻璃敷有折射率为1.38的氟化镁薄膜后，单面的反射损失可从4.2%减少到1.5%左右，例如7块平板系统镀膜后，在参考波长上总的透射率可近似地估计为：T＝(0.97)7＝80.7%．未镀膜：T=(0.92)7=55.7%

5、这比没有经过镀膜处理的系统提高了约25％的透射能量720世纪中期：主要是在薄膜设备的改进与镀膜产品种类以及质量的提高得到了发展，形成了典型的减反射、高反射、滤光片等光学薄膜器件；20世纪末－21世纪初光电子技术得到了飞速发展，光学薄膜器件向性能要求和技术难度更高、应用范围和知识领域更广、器件种类和需求数量更多的方向迅速发展；随着数码相机、数码摄像机、背投电视以及光纤通信的发展，光学薄膜产品需求数量巨大，特对是对偏振分束膜、消偏振分束膜、超窄带滤光片、超宽带截止滤光片等复杂膜系的要求越来越高；8干涉现象是薄膜光学的起源1801年托马斯.杨

6、干涉实验是其理论基础夫琅和费在1827年制成了第一批减反射膜1873年，麦克斯韦的巨著《论光和磁》，进一步奠定了薄膜光学的理论基础1930年油扩散泵的出现促进了光学薄膜的发展各种制备技术是光学薄膜发展的保障几乎所有的光学系统、光电系统和光电仪器都离不开光学薄膜的应用，而且到目前为止，也没有发现有别的技术可以取代光学薄膜；9薄膜光学发展的三大推动力20世纪60年代的发明的激光器20世纪末光通信波分复用技术(DWDM滤光片）今天，新型微结构功能薄膜的出现给光学与光电子薄膜技术注入新的生命力新概念、新材料、新设计、新方法、新应用102、什么是

7、薄膜光学？薄膜可分成两大部分，第一部分是光学薄膜，第二部分是光学波导及其相应器件；前者的特点是光横穿过薄膜而进行传播；后者的特征是光沿着平行薄膜界面的方向在膜内传播，对于光学薄膜，在一块基片上淀积五、六十层膜并非罕见，涂镀工艺是比较成熟的；而对光学波导，则膜层层数一般不多，通常仅用一层膜，其镀制工艺仍处在发展初期。本课程讲的是第一种情况。11Opticalcoatings:一般来讲薄膜敷于光学玻璃、塑料、晶体等基底上；Opticallayers:光学薄膜的一个特点是分层结构；Opticalthinfilms：通常意义的光学薄膜；Opti

8、callayers:光学薄膜的一个特点是分层结构；12光在通过分层媒质时，来自不同界面的反射光、透射光在光的入射及反射方向产生光的干涉现象。rt厚度为波长量级能够产生干涉作用n,drt13薄膜光学的研究对象